Temperatura radiante media

La temperatura radiante media ( MRT ) se define como la temperatura uniforme de un recinto imaginario en el que la transferencia de calor radiante del cuerpo humano es igual a la transferencia de calor radiante en el recinto no uniforme real. ^[1]

MRT es un concepto que surge del hecho de que el intercambio neto de energía radiante entre dos objetos es aproximadamente proporcional a su diferencia de temperatura multiplicada por su capacidad para emitir y absorber calor (emisividad). Es simplemente la temperatura media ponderada del área de todos los objetos que rodean el cuerpo. Esto es válido siempre que las temperaturas absolutas de los objetos en cuestión sean grandes en comparación con las diferencias de temperatura, lo que permite la linealización de la ley de Stefan-Boltzmann en el rango de temperatura relevante. ^{[ cita requerida ]}

La MRT también tiene una fuerte influencia en los índices de confort termofisiológico, como la temperatura fisiológica equivalente (PET) o el voto medio previsto (PMV). ^[2]

Lo que experimentamos y sentimos en relación con el confort térmico en un edificio está relacionado con la influencia tanto de la temperatura del aire como de la temperatura de las superficies en ese espacio. La temperatura radiante media se expresa como esta temperatura de la superficie y se controla mediante el rendimiento del recinto. ^{[ cita requerida ]} Mantener un equilibrio entre la temperatura operativa y la temperatura radiante media puede crear un espacio más cómodo. ^[3] Esto se hace con un diseño efectivo del edificio, interior y con el uso de refrigeración radiante de alta temperatura y calefacción radiante de baja temperatura. ^[4]

Cálculo

Existen diferentes formas de estimar la temperatura radiante media, ya sea aplicando su definición y usando ecuaciones para calcularla, o midiéndola con termómetros o sensores particulares.

Dado que la cantidad de calor radiante perdido o recibido por el cuerpo humano es la suma algebraica de todos los flujos radiantes intercambiados por sus partes expuestas con las fuentes circundantes, el MRT se puede calcular a partir de la temperatura medida de las paredes y superficies circundantes y sus posiciones con respecto al persona. Por lo tanto, es necesario medir esas temperaturas y los factores de ángulo entre la persona y las superficies circundantes. ^[1] La mayoría de los materiales de construcción tienen una alta emitancia ε, por lo que se puede suponer que todas las superficies de la habitación son negras. Debido a que la suma de los factores angulares es la unidad, la cuarta potencia de MRT es igual al valor medio de las temperaturas de la superficie circundante a la cuarta potencia, ponderada por los respectivos factores angulares.

Se utiliza la siguiente ecuación: ^{[1] [5]}

${\displaystyle MRT^{4}=T_{1}^{4}F_{p-1}+T_{2}^{4}F_{p-2}+...+T_{n}^{4}F_{p-n}}$

dónde:

${\displaystyle MRT}$   es la temperatura radiante media;

${\displaystyle T_{n}}$        es la temperatura de la superficie "n", en Kelvins ;

${\displaystyle F_{p-n}}$    es el factor de ángulo entre una persona y la superficie "n".

Si existen diferencias de temperatura relativamente pequeñas entre las superficies del recinto, la ecuación se puede simplificar a la siguiente forma lineal: ^{[1] [5]}

${\displaystyle MRT=T_{1}F_{p-1}+T_{2}F_{p-2}+...+T_{n}F_{p-n}}$

Esta fórmula lineal tiende a dar un valor más bajo de MRT, pero en muchos casos la diferencia es pequeña. ^[1]

En general, los factores de ángulo son difíciles de determinar y normalmente dependen de la posición y orientación de la persona. Además, este método se vuelve complejo y requiere mucho tiempo a medida que aumenta el número de superficies y tienen formas elaboradas. Actualmente no hay forma de recopilar estos datos de manera efectiva. Por esta razón, una forma más fácil de determinar el MRT es midiéndolo con un termómetro en particular.

Medida

El MRT se puede estimar usando un termómetro de globo negro . El termómetro de globo negro consiste en un globo negro en el centro del cual se coloca un sensor de temperatura como el bulbo de un termómetro de mercurio, un termopar o una sonda de resistencia. La lata globo en teoría tener cualquier diámetro, pero como las fórmulas utilizadas en el cálculo de la temperatura radiante media dependerá del diámetro del globo, un diámetro de 0,15 metros (5,9  en), especificado para su uso con estas fórmulas, generalmente se recomienda. Cuanto menor es el diámetro del globo, mayor es el efecto de la temperatura y la velocidad del aire, lo que provoca una reducción en la precisión de la medición de la temperatura media radiante. Para que la superficie exterior del globo absorba la radiación de las paredes del recinto, se oscurecerá la superficie del globo, bien mediante un recubrimiento electroquímico o, más generalmente, mediante una capa de negro mate. pintura. ^[1] Este termómetro mide realmente la temperatura del globo (GT), tendiendo al equilibrio térmico bajo el efecto de la convección y la radiación proveniente de las diferentes fuentes de calor del recinto. Gracias a este principio, conocer GT permite determinar la temperatura media radiante MRT.^[1] Según la Norma ISO 7726, la ecuación que se utiliza con más frecuencia (convección forzada) es la siguiente:

${\displaystyle MRT=\left[\left(GT+273\right)^{4}+{\frac {1.1\cdot 10^{8}\cdot v_{a}^{0.6}}{\varepsilon \cdot D^{0.4}}}(GT-T_{a})\right]^{1/4}-273}$

dónde:

${\displaystyle MRT}$ es la temperatura radiante media (° C);

${\displaystyle GT}$      es la temperatura del globo (° C);

${\displaystyle v_{a}}$         es la velocidad del aire al nivel del globo (m / s);

${\displaystyle \varepsilon }$          es la emisividad del globo (sin dimensión);

${\displaystyle D}$         es el diámetro del globo (m);

${\displaystyle T_{a}}$        es la temperatura del aire (° C);

Y para el globo estándar (D = 0,15 m, = 0,95):${\displaystyle \varepsilon }$

${\displaystyle MRT=\left[\left(GT+273\right)^{4}+2,5\cdot 10^{8}\cdot v_{a}^{0,6}(GT-T_{a})\right]^{1/4}-273}$

La medición se ve afectada por el movimiento del aire porque el GT medido depende tanto de la convección como de la transferencia de radiación. Al aumentar efectivamente el tamaño del bulbo del termómetro, el coeficiente de transferencia por convección se reduce y el efecto de la radiación aumenta proporcionalmente. Debido a las corrientes de aire convectivas locales, la GT se encuentra típicamente entre la temperatura del aire y la MRT. Cuanto más rápido se mueve el aire sobre el termómetro de globo, más se acerca GT a la temperatura del aire.

Además, dado que el MRT se define con respecto al cuerpo humano, la forma del sensor también es un factor. La forma esférica del termómetro de globo proporciona una aproximación razonable a una persona sentada; para las personas que están de pie, el globo terráqueo, en un entorno radiante no uniforme, sobreestima la radiación del suelo o del techo, por lo que un sensor elipsoide ofrece una mejor aproximación. ^[5]

Hay varias otras precauciones que se deben tomar al usar un termómetro de globo negro, dependiendo de las condiciones de la medición. Además, existen diferentes métodos de medición, como el radiómetro de dos esferas y el sensor de temperatura del aire constante. ^[1]

Ver también

• Comodidad térmica
• Calefacción, ventilación y aire acondicionado
• ASHRAE
• Glosario de HVAC

Referencias

1. "ISO 7726. Ergonomía del ambiente térmico - Instrumento para medir magnitudes físicas". Ginebra, Suiza: Organización Internacional de Normalización. Noviembre de 1998.
2. Fanger, PO (1970). Confort Térmico: Análisis y Aplicaciones en Ingeniería Ambiental . Nueva York: McGraw Hill.
3. Matzarakis, Andreas. Estimación y cálculo de la temperatura radiante media en estructuras urbanas .
4. Mclntyre y Griffiths, DA e ID (1972). Respuesta del sujeto a ambientes radiantes y convectivos .
5. 2009 Fundamentos del manual de ASHRAE, ASHRAE, Inc., Atlanta, GA.

Enlaces externos

• http://ergo.human.cornell.edu/DEA3500allnotes.html
• Herramienta gratuita de cálculo de temperatura radiante media y confort térmico en línea desarrollada por CBE en UC Berkeley